4.- Detectores de Centelleo
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1 Aspectos Básicos. Componentes. Principios de funcionamiento. Formación de imágenes. Accesorios y complementos. Cuidados y Control de Calidad. Avances. Según: Calidad de energía incidente. Densidad del material. Interact úa por: Efecto Compton. Efecto Fotoeléctrico. Producción de pares. Efecto Fotoeléctrico Efecto Compton Algunos materiales tienen la propiedad de emitir un destello de luz cuando interactúan con radiación ionizante. Si se acopla un dispositivo sensible a la luz, esta se puede convertir a un pulso eléctrico. El pulso eléctrico puede ser amplificado, seleccionado y registrado. Efecto luminiscente Es el sistema más utilizado en Medicina Nuclear. Convierten la energía radiactiva en luz. La luz en pulso eléctrico. Existen › centelladores líquidos, › sólidos (inorgánicos y orgánicos o plásticos) › semiconductores. Los líquidos permiten detectar y cuantificar Partículas Beta. Si se polimerizan se transforman en detectores plásticos. Su uso práctico esta en laboratorio clínico y de investigación. No se usan en M N.
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Aspectos Básicos.Componentes.Principios de funcionamiento.Formación de imágenes.Accesorios y complementos.Cuidados y Control de Calidad.Avances.
Según: Calidad de energía incidente. Densidad del material.Interactúa por: Efecto Compton. Efecto Fotoeléctrico. Producción de pares.
Efecto Fotoeléctrico
Efecto Compton
Algunos materiales tienen la propiedad de emitir un destello de luz cuando interactúan con radiación ionizante.
Si se acopla un dispositivo sensible a la luz, esta se puede convertir a un pulso eléctrico.
El pulso eléctrico puede ser amplificado, seleccionado y registrado.
Efecto luminiscente
Es el sistema más utilizado en Medicina Nuclear.
Convierten la energía radiactiva en luz. La luz en pulso eléctrico. Existen
› centelladores líquidos,› sólidos (inorgánicos y orgánicos o plásticos)› semiconductores.
Los líquidos permiten detectar y cuantificar Partículas Beta. Si se polimerizan se transforman en detectores plásticos.Su uso práctico esta en laboratorio clínico y de investigación.No se usan en MN.
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Los Semiconductores o de Estado Sólido se utilizan en laboratorios de análisis por activación o de investigación pues permiten hacer Espectrometría Gamma.
Actualmente también se están usando para imágenes al distribuirlos en forma pixelada.
Actualmente su utilización se esta integrando a la mayoría los equipos de imágenes medicas.
En MN se utilizan los sólidos inorgánicos en forma decristal transparente.
Son altamente sensibles a los rayos gamma, por lotanto, permiten detectar pequeñas cantidades deRadiactividad.
Se usan en los Contadores de Pozo (in Vitro), en lassondas de conteo in vivo, en Monitores deContaminación y en las Gammacámaras.
Es un sistema complejo pero eficiente.
Los rayos gama no producen luz directamente en el cristal.
Los pasos básicos de la detección por centelleo son:
• Interacción de la radiación con el cristal transferencia de Energía excitando electrones a estados de energía mayores.
• Estos electrones al relajarse a su estado basal producen luz visible ( o cercana a ella, violeta ) es lo que se llama Centelleo.
Para hacer que el cristal centellee a temperatura ambiente, se introduce en el mismo una pequeña cantidad de impurezas (generalmente Talio) para crear luminiscencia o centros de centelleo.
Cristal Yoduro de Sodio activado con Talio NaI(Tl).
Este mismo principio se aplica para otros tipos de cristales.
Los rayos gama interactúan con el cristal y pierden energía, excitan a los electrones orbitales desde la banda de valencia hasta la banda de conducción, de estado energético mayor.
Al ser un estado inestable, los electrones vuelven a la banda de valencia de energía menor, liberando la energía absorbida en forma de fotones de luz.
Estudiar capas y sub capas electrónicas
Es TRANSPARENTE a sus fotones de centelleo. Es HIGROSCOPICO y reaccionará con la humedad
causándose un tono amarillento, lo cual reduce su transparencia y su capacidad de transmitir la luz.
Es uno de los centelladores más eficientes (+- 12%)Densidad: (3.67 gr./cm3), adecuada para las energías gama de los RI
que se usan en MN. Espectro de luz: ( UV; l =410 nm. ) rango al que son sensibles los tubos
fotomultiplicadores. Tiempo muerto: 230 ns.Por cada fotón incidente se puede producir una cascada de fotones
luminosos.
El Número de Fotones de Luz producidos en el cristal es Proporcional a la Energía del fotón gamma absorbido.
Se producen entre 20 - 30 fotones de luz por keV de energía gamma absorbida.
Esto significa aproximadamente 2.800 - 4.200 fotones de luz por cada fotón gamma de 140 keV (Tc-99m)
Para energías mayores o menores, se producirían mayor o menor cantidad de fotones de luz, proporcionalmente.
La cantidad de luz producida es directamente proporcional a la Energía del fotón gamma incidente.
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Sirve para detectar y cuantificar rayos .Un fotón incide sobre un cristal centellador cediendo total o parcialmente su energía, la cuál es remitida en forma de luz visible. Ésta luz es transformada en corriente eléctrica, la cuál es procesada por un sistema electrónico. Consta de. Un cabezal detector. Sistema electrónico de analisis. Periféricos.
Colimador. Cristal centellador. Tubo Fotomultiplicador. Amplificador o Ganancia Analizador de altura de pulsos (PHA). Escalímetro y reloj para contar el número de
rayos gama detectados que caen dentro dela ventana PHA. (CPM, CPS ).
Sistema de visualización, (Display) Sistema de registro.
El Cabezal detector esta formado por:
- Colimadores ( los veremos mas adelante)- Cristal inorgánico de Yoduro de Sodio activado conTalio NaI(Tl)-Silicona óptica o guía de luz que permite acoplar el
cristal al PMT.-El Tubo Fotomultiplicador (PMT) que convierte la luz
del cristal en un pulso eléctrico (uno o muchos)Lo veremos en detalle mas adelante
Además:-Una Fuente de Alto Voltaje para el o los PMT.-Un Preamplificador que ajusta el pulso a la salida del
PMT.
La luz es detectada utilizando un tubo Fotomultiplicador (PMT)
Este transfiere la energía de la luz a electrones los cuales son acelerados provocando una liberación y multiplicación de mas electrones en forma sucesiva.
• Después de una amplificación la señal final que sale del PMT es proporcional a la Energía depositada en el cristal por el fotón.
• EL Detector de Centelleo es Sensible a la Energía.
DIAGRAMA EN BLOQUE DE UN DETECTOR DE CENTELLEO
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A mayor espesor del el cristal, más eficaz será la detección de los rayos gama y en consecuencia, mayor la sensibilidad, particularmente en casos de energías altas.
A mayor espesor del cristal, peor será la resolución, por lo tanto el espesor del cristal pone nuevamente en juego la sensibilidad y la resolución.
Se deberá considerar el uso del equipo al momento de elegir el espesor del cristal.
El rango de espesor en las Gamacámaras esta entre 6,3 mm. (1/4 pulgada) a 16 mm. (5/8 pulgada).
El cristal esta protegido por una cubierta de plomo y de aluminio en la zona de captación, además de una capa reflectante en su superficie interna.
Los cristales de NaI pueden presentarse en grandes tamaños, pero esto los hace mas frágiles y pueden dañar debido a impactos físicos, incluyendo los asociados a contracturas o expansión debido a cambios de temperatura del orden de 5 o C por hora.
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El PMT es un dispositivo que permite detectar fotones luminosos y transformarlos en pulsos eléctricos.
Físicamente es un tubo al vacío, de forma cilíndrica o hexagonal, de tamaños variable según el equipo al que va a ser acoplado.
Se encuentra ópticamente acoplado al cristal por medio de una guía de luz ,(silicona) para asegurar que la mayor cantidad de luz posible producida en el cristal alcance el fotocátodo en el PMT.
Tiene múltiples aplicaciones, pero aquí veremos su utilidad en MN.
Por cada 7-10 fotones de luz que alcanzan el cátodo del PMT, éste eyecta un electrón.
Los electrones se aceleran hacia el primer dinodo D1, ya que el voltaje aplicado a él es un poco más alto que en el cátodo y asi sucesivamente.
Consta básicamente de:
Una ventana llamada FOTOCATODO acoplado al cristal, en donde, al l legarle luz, se liberan electrones.
Estos Fotoelectrones son acelerados hacia una serie de electrodos llamados Dínodos, dispuestos en forma secuencial, los cuales están conectados a un campo eléctrico creciente provocado por una fuente de Alto Voltaje.
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Este fotoelectrón inicial, por la diferencia de potencial es acelerado hacia el primer dinodo .
Al interactuar libera mas electrones y así estos siguen con el siguiente y …
son multiplicados sucesivamente por los dinodos, obteniéndose en el último de ellos (ánodo) un pulso eléctrico apreciable que dura 1 a 2 ms. (los fotones producidos por el centellador tras la detección del rayo son emitidos en 0.2-0.3 ms).
Esta corriente eléctrica, para ser convertida a pulso de voltaje, pasa por un circuito que tiene una constante de tiempo de unos 5-10 ms, de modo que se forma un pulso de voltaje cuya altura máxima es proporcional a la carga del pulso.
Fotón Fotón incidenteincidente
ElectronesElectronesliberadosliberados
CentelleosCentelleos
ElectronesElectronesMultiplicadosMultiplicadosReflectanteReflectante
AcoplamientoAcoplamientoópticoóptico
FotocátodoFotocátodo
TierraTierra 1000 V1000 V
Pulso Pulso De SalidaDe Salida
Diferencia de PotencialDiferencia de Potencial11
140 keV140 keV420042003 eV3 eV
125012503 eV3 eV
250250e e --veve
185185e e --veve
4 x 104 x 1088
e e --veve
Consiste en silicona óptica semilíquida 100% transparente que une el cristal con el Fotomultiplicador.
Da la diferencia de potencial a los tubos fotomultiplicadores
Generalmente desde 0 a mas de 1000 volts. En algunos casos se puede tener control sobre ella. NO es recomendable modificar el voltaje. Es privativo del Servicio Técnico. Debe estar conectada a un suministro estabilizado,
ojalá UPS.
Del número total de fotones de luz que llegan alcátodo.Mientras mayor es la energía de rayo gama, mayorserá el numero de fotones luz producidos. Estapropiedad de los PMT puede usarse para estimar laenergía del rayo gama.
Del alto voltaje aplicado PMT.Con voltajes más altos, los electrones se aceleranmás, lo que provoca una mayor emisión en el nivelsiguiente, provocando que un número más elevadode electrones lleguen al ánodo, al disminuir el HV seproduce el efecto contrario. Es decir, el tamaño delpulso del PMT puede aumentar o disminuirsemediante el aumento o la disminución del HV.
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Es un dispositivo electrónico que va a continuación del PMT y que permite que el pulso que ya salio del preamplificador sea modificado en su magnitud y de esta forma permitir una calibración o sintonización fácil de la energía del foton incidente con la respuesta del detector si variar el Alto Voltaje.
El efecto del Amplificador se denomina GANANCIA o ATENUACION según el fabricante y existen diseños continuos y discretos
Un vez ajustada la amplificación el pulso viaja hacia el Analizador de altura de pulso.
El Analizador de Altura de Pulso (PHA) verifica el tamaño del pulso que sale del amplificador. Si es de un tamaño adecuado, es decir, mayor que el nivel inferior y menor que el nivel superior, el PHA produce un pulso eléctrico de un tamaño fijo que luego se cuenta en el escalímetro.
La energía que selecciona el PHA depende tanto de los ajustes de alto voltaje de los PMT y de la ganancia del amplificador como de los ajustes del PHA.
El HV, la ganancia y el PHA deben configurarse apropiadamente para contar energías específicas.
También significa que no hay una sola configuración para una energía particular, es decir, una ganancia del amplificador más baja puede compensarse con un ajuste de alto voltaje mayor o niveles de ventana del PHA más bajos.
El pulso eléctrico del PMT es bastante pequeño(generalmente de algunos mV).
Por lo tanto primero se realiza un “moldeado depulso” con el Preamplificador.
Se amplifica o atenúa en el Amplificador (Gananciao Atenuador) para mejorar el rendimiento de la tasade conteo y la discriminación de energía delAnalizador de Altura de Pulso.
El tamaño del pulso eléctrico que sale delamplificador es proporcional al tamaño del pulsooriginal del PMT.
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El foton interactúa en el cristal y emite luz. La luz es recogida por el PMT que la transforma en un pulso
eléctrico proporcional. El pulso sale al pre amplificador, el cual acondiciona la forma y “
lo limpia”. El pulso pasa al amplificador en donde es posible modificar su
magnitud. A continuación esta señal es procesada por el analizador de
altura de pulso o PHA.
Esto permite seleccionar las alturas de los pulsos entre un nivel inferior y otro superior.
Los pulsos son así calibrados a la energía del foton incidente en un rango llamado ventana de Energía.
Por lo tanto el PHA es un discriminador de Energías.
Una vez que el PHA Acepto el pulso es posible verlo en un visor o “display” numérico que da la tasa de fotones por unidad de tiempo.
El análisis del registro permite conocer la naturaleza y cantidad de la radiación incidente.
Según el diseño, además del registro de cantidad, se puede tomar una imagen de la distribución de la fuente radiactiva.
Permite conocer la o las energías que componen el haz de radiación, es lo que se conoce como Espectrometría Gamma.
Colimador. Cristal centellador. Tubo Fotomultiplicador. Amplificador o Ganancia Analizador de altura de pulsos (PHA). Escalímetro y reloj para contar el número de
rayos gama detectados que caen dentro dela ventana PHA. (CPM, CPS ).
Sistema de visualización, (Display) Sistema de registro.
Sonda de Captación externa. Contador de pozo. Gamma-probe. Gammacámara, Planar y SPECT.
La sonda de captación externa es un equipo de centelleo sólido.
Esta compuesta de un cristal de centelleo de NaI(Tl) unido a un PMT.
El sistema electrónico consta principalmente de un amplificador y un PHA monocanal.
La información es numérica en unidades de cuentas totales en un periodo de tiempo.
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Permite evaluar la cantidad de un isotopo radiactivo presente en una zona en particular.
Su colimación es simple o nula. Se vera en el capitulo de colimadores.
Su principal aplicación es en el estudio de captación de tiroides.
Se vera en el capitulo de protocolos.
Cristal PMT
Es un tipo de instrumento especialmente diseñado para su uso intra operatorio.
También posee un cristal de centelleo con su correspondiente PMT y un sistema electrónico.
El cristal puede ser de NaI(Tl) o de estado solido CaTe, CsI(Tl) con fotodiodo. Da información numérica y también a través de
sonidos proporcionales a la actividad detectada.
Es un equipo simple de manipular. Tiene calibración semi automática. Utiliza baterías. Su principal utilidad es la búsqueda de
ganglios centinelas. Se han diseñado algunos que dan imagen
de formato pequeño.
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Es un equipo de detección exclusivamente analítico, no genera imágenes y se utiliza en la medición de muestras radiactivas, en exámenes del tipo in-Vitro.
Tipos:-Contadores gamma-Contadores Beta
manualmanual
automáticoautomático
El detector de centelleo es líquido, La muestra se mezcla con este líquido EG es cercana al 100% Están asociados a un TFM, todo esto en una
cámara herméticamente cerrada a la luz.
Consistía en un detector monocristal similar al de captación con un solo PMT.
Estaba instalado sobre un brazo mecánico que se desplazaba por sobre el paciente.
A medida que detectaba los fotones gamma, la señal que enviaba producía un destello luminoso que iba formando punto a punto la imagen en una película.
La imagen eran a escala 1:1
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FIN
